高大气CO2浓度下氮素对小麦叶片光合能量分配的调节

探讨了施氮量对高大气CO₂浓度下小麦功能叶光合能量传递与分配的影响,进而明确氮素对小麦叶片光合作用适应性下调的能量分配调节作用。采用开顶式气室盆栽法,通过测定小麦拔节期和抽穗期不同大气CO₂浓度和施氮水平下的叶氮浓度、光合速率–胞间CO₂浓度(P_n–C_i)响应曲线和荧光动力学参数,测算光合电子传递速率和分配去向。与在正常CO₂浓度(400 μmol mol^-1)条件下相比,在高大气CO₂浓度(760 μmol mol^-1)下,小麦叶氮浓度显著下降,N200处理(200 mg kg^-1)叶片抽穗期叶氮浓度的下降幅度较拔节期高335.7%。N200处理较N0处理(0 mg kg^-1)提高小麦叶片光适应下PSII反应中心最大量子产额(F_v′/F_m′)、光化学效率(Φ_PSII)和开放比例(q_P),降低非光化学猝灭系数(NPQ)。高大气CO₂浓度下,小麦叶片光化学反应的非环式光合电子传递速率(J_c)和Rubisco羧化速率(V_c)显著升高,而光呼吸的非环式光合电子传递速率(J_o)和Rubisco氧化速率(V_o)明显降低;施氮使J_c、J_o、V_c和V_o值均呈上升趋势,而且J_c和V_c达到显著差异。高大气CO₂浓度下J_o/J_c和V_o/V_c显著降低,施氮后小麦拔节期叶片J_o/J_c和V_o/V_c降低,但抽穗期J_o/J_c升高而V_o/V_c无明显变化。叶氮浓度与小麦叶片J_c、J_o和V_o均呈显著线性正相关,而且高大气CO₂浓度下小麦叶片J_c、J_o和V_o对氮浓度的敏感性降低。高大气CO₂浓度下,小麦叶片PSII反应中心开放比例增加,非光化学耗能降低,更多的光合电子进入光化学过程;施氮后使小麦叶氮浓度增加,提高光合能力,改变了能量分配,这是高氮条件下光合作用适应性下调被缓解的一个关键因素。     

氮肥与精量秸秆还田对冬小麦花后光合特性及产量的影响

为了确定旱地小麦秸秆还田量与氮肥的施用量,在青岛农业大学胶州试验站设不同的秸秆还田量与氮肥处理。研究了精量秸秆还田与施氮量对冬小麦光合特性以及产量的影响。结果表明,与单施N肥处理相比较,适量的秸秆还田能明显提高冬小麦叶绿素SPAD值,延缓旗叶衰老,改善旗叶光合性能,提高小麦千粒质量,但明显降低有效穗数。在同一秸秆还田下高水平氮比低水平氮处理的冬小麦旗叶衰老速度要慢、光合时间更长、产量也明显增多。在施氮225 kg/hm2(N2)下秸秆还田9 000 kg/hm2(J3)比其余处理可明显延缓旗叶衰老、提高光合速率、降低气孔导度、提高蒸腾速率,增加千粒质量。在该地区最具优势的氮肥与秸秆还田量是N2J3处理。     

氮肥运筹对滴灌冬小麦叶片光合特性及产量的影响

为研究滴氮时期及滴氮比例对滴灌冬小麦旗叶生理特性及产量的影响。在总施纯氮300kg/hm ²条件下设置6个不同滴灌追氮量处理,分别用F1、F2、F3、F4、F5、F6表示,以不施氮肥为对照（F0）,研究不同追施氮量对冬小麦叶面积指数（LAI）、叶绿素含量（SPAD值）、旗叶光合特性及产量的影响。结果表明,不同处理滴灌冬小麦的LAI、SPAD值变化规律一致,均呈先增后降的变化规律,LAI以F4处理相对较大,处理间SPAD值差异规律不明显;开花期、花后10d旗叶净光合速率（P_n）、蒸腾速率（T_r）、气孔导度（G_s）均表现为F5>F1>F6>F4>F2>F3>F0。而各处理胞间CO₂浓度（C_i）与P_n、T_r、G_s的变化规律呈相反的趋势。籽粒产量以F5处理最高,为9 889.35kg/hm ²,分别较F0、F1、F2、F3、F4、F6处理增加23.70%、3.10%、6.52%、21.44%、7.94%、14.10%。综合分析可知,总施氮量300kg/hm ²条件下,冬小麦起身期追施123.3kg/hm ²,在孕穗期、开花期各追施41.1kg/hm ²时滴灌冬小麦的光合性能表现较好。     

施氮量对济麦20旗叶光合特性和蔗糖合成及籽粒产量的影响

在田间高产条件下,研究了施氮量对强筋小麦品种济麦20旗叶光合特性、蔗糖合成及籽粒产量的影响。结果表明,在0～168 kg hm^-2施氮量范围内,随施氮量的增加,旗叶蒸腾速率提高,气孔导度增大,细胞间隙二氧化碳浓度降低,旗叶净光合速率与蔗糖磷酸合酶活性显著提高,从而促进旗叶蔗糖合成,提高生物产量、籽粒产量和氮肥利用率;施氮量增加至240 kg hm^-2,旗叶净光合速率、蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量和生物产量显著提高,但收获指数降低,籽粒产量和氮肥利用率无显著变化。施氮量继续增加至275 kg hm^-2,旗叶蒸腾速率、气孔导度、气孔限制值和净光合速率均显著降低,细胞间隙二氧化碳浓度则显著升高,旗叶光合作用受非气孔限制,蔗糖磷酸合酶活性、蔗糖含量、生物产量和收获指数均显著降低,籽粒产量减少,氮肥利用率降低。在本试验条件下,济麦20的适宜施氮量为168~240 kg hm^-2。     

立体匀播和施氮量对冬小麦产量构成及旗叶光合性能的影响

为探索与立体匀播相配套的氮肥运筹技术,在河北省赵县实验基地,以中筋小麦衡观35为供试材料,研究不同播种方式及施氮量对小麦产量及旗叶光合性能的影响。试验设立体匀播（C1）、常规条播（C2）2种播种方式和0（N0）、180（N1）、240（N2）、300kg/hm ²（N3）4个施氮量处理。结果表明：在N0、N1、N2、N3施氮处理下,立体匀播较常规条播处理的增产幅度分别为6.1%、12.7%、6.6%、8.4%,即在0~300kg/hm ²施氮量范围内,立体匀播的小麦子粒产量均高于常规条播。两种播种方式下,单位面积穗数、千粒重均随着施氮量的增加而增加,穗粒数则表现为N3>N1>N2>N0。立体匀播技术结合300kg/hm ²施氮量,小麦株高、穗长、小穗数均达到最大值。两种播种方式下,在灌浆后期,N0、N1旗叶SPAD值和净光合速率（P_n）迅速下降,与N2、N3相比差异显著。综合考虑最终子粒产量及产量构成要素,在立体匀播条件下,240kg/hm ²施氮水平可以较好地满足小麦灌浆期对氮肥的需要,有利于实现小麦高产。     

抽穗后冬小麦旗叶光合特性的变化对产量的影响

为了探讨不同小麦品种之间的光合特性的差异及光合作用与经济产量的关系,本研究选取4个不同冬小麦品种分别在6个生育时期进行了光合特性的测定。结果表明：小麦旗叶6项光合特性指标随发育进程变化的趋势、变化程度基本相同,但不同品种在不同发育时期内光合特性指标的数值、变化程度不同;6项光合特性指标均与籽粒产量正相关;相关程度表现为绿叶面积>气孔导度>胞间CO₂浓度>净光合速率>叶绿素含量>蒸腾速率;不同时期光合特性与籽粒产量的相关性顺序为灌浆中期>灌浆前期>灌浆后期>开花期>抽穗期>灌浆末期;在开花期至灌浆后期,维持和提高旗叶的绿叶面积、叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、胞间CO₂是提高小麦产量的基础。因此,在开展小麦高光效育种时,对种质资源材料进行光合特性测定和比较对育种工作具有非常重要的参考价值和指导意义。     

氮素对高大气CO2浓度下小麦叶片光合功能的影响

为探讨高大气CO₂浓度下植物光合作用适应现象的光合能量转化和分配的氮素响应及其对C₃植物光合功能的影响,本试验对盆栽小麦进行2个大气CO₂浓度和2个氮水平的组合处理,通过测定小麦光合气体交换参数、叶绿素荧光参数和叶绿素含量等指标,研究施氮对高大气CO₂浓度下小麦叶片光合功能的影响。结果表明,大气CO₂浓度升高后,低氮处理小麦叶片光合速率发生明显的适应性下调,光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)、蒸腾速率(T_r)下降;但高氮叶片则无明显的光合作用适应现象发生。高大气CO₂浓度下低氮叶片光化学速率、PSII线性电子传递速率(J_F)、光合电子流的光化学传递速率(J_C)、Rubisco羧化速率(V_C)和TPU下降,并随生育时期推进其下降趋势更为明显,但高氮叶片的上述参数无显著变化;小麦叶片J_C/J_F、V_C/J_C和V₀ /V_C随氮素水平和大气CO₂浓度的变化无显著变化,表明施氮能提高光合机构对光合能量的传递速率,但对光合能量的分配方向无明显影响。施氮提高小麦叶片氮素和叶绿素含量,并且使高大气CO₂浓度下光合氮素利用效率(NUE)明显增加。大气CO₂浓度升高后,施氮增强光合机构的光合能量运转速率,同化力提高,无明显的光合作用适应现象;由于氮素水平与大气CO₂浓度对小麦叶片的光合能量利用存在明显的交互作用,而且高大气CO₂浓度下施氮使得小麦叶片NUE增加、正常大气CO₂浓度下降低,证明高大气CO₂浓度下施氮对光合作用具有直接的影响。     

低氮诱导小麦灌浆期旗叶衰老与膜脂的关系

小麦产量主要来自于小麦灌浆期旗叶的光合产物, 低氮造成的灌浆期旗叶早衰对小麦产量影响极大。本试验以小麦品种“长旱58”为试验材料, 在大田环境下设置低氮(120 kg hm ^-2)和正常氮(180 kg hm ^-2)处理, 研究低氮诱导的小麦旗叶衰老与膜脂的关系。结果表明, 开花14 d后, 低氮处理小麦旗叶的光合速率、叶绿素含量、旗叶总氮含量均显著降低; 旗叶中膜脂各组分含量均显著下降, DGDG/MGDG的比值升高; 以C18:3、C18:2为代表的不饱和脂肪酸含量显著下降, 以C16:0为代表的饱和脂肪酸含量显著增加, 不饱和双键指数显著降低; 此外类囊体蛋白质堆积密度也显著降低。综合分析认为低氮处理导致小麦灌浆期旗叶早衰, 早衰过程伴随着膜脂降解和组分改变, 降低了膜的流动性和通透性, 导致叶绿素降解, 使光合功能受损。同时, 植物通过调整DGDG/MGDG比例来响应低氮胁迫, 利用DGDG的双层特性来部分弥补其它双层膜脂的降解对膜功能造成的损伤。     

不同施氮量对冬小麦光合生理指标及产量的影响

为了探索不同施氮量对冬小麦光合生理指标及产量的影响,在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地,以3个强筋冬小麦品种藁优2018（C1）、师栾02-1（C2）、石优20（C3）和1个中筋冬小麦品种济麦22（C4）为试验材料,设置0、180、210、240、270kg/hm ² 5个氮肥处理,分别用N0、N180、N210、N240、N270表示。结果表明：N240处理下不同冬小麦品种的旗叶净光合速率、SPAD值、旗叶长度、旗叶宽度,叶面积指数、归一化差值植被指数、籽粒产量及其构成因素等指标均达到最高值,且显著高于不施氮肥的处理,但与N270处理间无显著差异。综合考虑光合生理、植株性状、产量构成因素等指标,施氮量240kg/hm ²是充分发挥不同冬小麦品种植株光合性能及产量潜力的适宜施氮水平。     

长期不同施肥对光合碳在甘薯-土壤系统中分配的影响

依托40年长期定位试验研究平台,采用¹³CO₂脉冲标记方法对4种不同施肥方式下光合碳在甘薯-土壤系统中的分配进行了定量研究。结果表明：施肥能显著增加甘薯植株各器官的生物量与干物质量,以有机无机配施处理增加幅度最为显著。甘薯-土壤系统光合固定碳转移较快,且分配差异较大,其¹³C丰度在脉冲标记1 d后表现为：叶片、叶柄>藤蔓、块根>土体,且不施肥处理地上部¹³C丰度显著高于施肥处理。脉冲标记30 d后,甘薯植株各器官¹³C丰度降低,其中在地上部分配比例为19.38%～31.44%,块根中为60.19%～71.86%,而土体¹³C丰度却略有升高,分配比例为8.05%～11.11%;与不施肥处理相比,施肥处理显著增加块根中¹³C含量,且MNPK处理块根中¹³C含量显著高于NPK和M处理,表明在甘薯膨大期施肥处理有利于光合碳在块根中累积,其中以有机无机配施累积效果更为显著。     

冬小麦叶片水分利用生理机制的研究

在8种土壤水分梯度下，对盆栽冬小麦旗叶叶片水分利用效率与土壤水分含量的关系进行了连续的测定，结合大田条件，对冬小麦旗叶的光响应曲线和CO2响应曲线进行了测定，结果表明，旗叶叶片水平水分利用效率与光强、蒸腾速率、胞间CO2浓度和气孔导度关系密切，旗叶叶片水平水分利用效率在土壤水分含量、光强和CO2浓度等环境因子方面存在一定的临界值。     

不同氮肥利用效率水稻基因型剑叶光合特性

选用氮肥利用高效型和低效型具有代表性的12个粳稻品种,研究225 kg hm^-2施氮条件下水稻剑叶光合特性的差异及其与氮肥利用效率、水稻结实性的相互关系。结果表明,齐穗后,氮高效基因型水稻的叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、光合功能期和叶绿素荧光动力学参数中的最大光化学效率(F_v/F_m)、PS II的潜在活性(F_v/F_o)、实际光化学效率(Φ_PSII)、光化学猝灭系数(q_P)和非光化学猝灭系数(q_N)均显著高于氮低效基因型。相关性分析表明,齐穗后不同时期,剑叶中叶绿素含量、叶片含氮量、净光合速率、剑叶的光合功能期和叶绿素荧光动力学参数值(F_v/F_m、F_v/F_o、Φ_PSII、q_P、q_N)与水稻的氮肥利用效率、结实性均呈极显著的正相关。由此说明,与氮低效基因型相比,氮高效基因型水稻生育后期具有较好的光合特性,较长的光合功能期;同时,其PSII反应中心更加稳定,具有更大的光能转化为电化学能的潜力,非光化学猝灭对光合机构也有更好的保护作用。因而,其在促进植株光合物质积累,提高结实性的同时能通过地上部与地下部的调节反馈增强植株对氮肥的吸收利用。     

强筋小麦产量和品质对不同土壤条件及施氮水平的响应

通过研究潮土和黑土条件下氮肥施用量对强筋小麦产量和品质的影响,为小麦高产优质栽培提供科学依据和技术参考。试验于2020-2021年在中国农业科学院作物科学研究所温室进行,以强筋冬小麦品种中麦578为试验材料,采用盆栽方式,设置2个土壤条件,5个施氮量处理。结果显示,同一施氮量处理下,花后整个时期小麦旗叶相对叶绿素含量（SPAD值）、籽粒长、籽粒宽、千粒重、穗粒数、籽粒产量和蛋白质产量均表现为黑土优于潮土,而籽粒蛋白质及其组分含量则表现为潮土优于黑土。在同一土壤条件下,施氮量的增加减缓了小麦旗叶SPAD值的下降速率,延长有效光合功能期;籽粒长、籽粒宽、千粒重、穗粒数、籽粒产量和蛋白质产量等指标均随施氮量的增加呈先增加后降低趋势,而籽粒蛋白质含量随施氮量增加而升高。综上所述,在本试验基础养分条件下,每盆施入2g尿素,籽粒产量和蛋白质产量均达到最大值。     

The Influence of Crop Rotation with an Increasing Content of Cereals on Photosynthetic Potential of Winter Wheat

In years 1982–1985 flag leaf area, concentration of chlorophyll and macronutrients (N, P, K, Ca, Mg, Na) and also their correlations to grain yield in static field experiment were studied. The main experimental plots comprised crop rotations containing 50, 75, 100% cereals. Treatments with or without irrigation were subplots and nitrogen levels (0, 60, 120, 180 kg N/ha) were sub-sub-plots.
The cultivation of winter wheat in rotations containing more than 50% cereals affected the drop of winter wheat grain yield, which was especially high on the plots without nitrogen fertilization or with low N level. The dose of 120 kg N/ha gave the highest grain yield in each rotation and, at the same time, decreased to minimum the differences between them, although wheat grown in the full cereal rotation yielded much less. The response of wheat grain yield to previous crop was affected by photosynthetic potential of a plant, which was constituated by flag leaf area and concentration of chlorophyll. The deteriorating nutrient economy in wheat plants grown in rotations containing more than 50% cereals decreased the photosynthetic potential of wheat. In addition, in these rotations the importance of macronutrients concentration in the flag leaf at anthesis as a source of nutrients for the developing grain is visible.     

灌水次数对杂种小麦冀矮1/C6-38旗叶光合特性和产量的影响

在大田中研究了灌2水（底水+冬水）、3水（底水+冬水+拔节水）和4水（底水+冬水+拔节水+开花水）3种灌水处理对杂种小麦旗叶光合特性和产量的影响。结果表明，随灌水次数增多，杂种及其亲本旗叶净光合速率（P_n）、叶绿素含量（Chl）、可溶性蛋白质含量（Pr）、气孔导度（g_s）和叶肉导度（g_m）升高，光合功能持续期（RSP和PAD）延长，叶源量（LSC）增加，籽粒产量和产量构成因素增加。杂种旗叶的P_n、Chl、Pr、g_s和 g_m对灌水次数的反应较亲本敏感。上述性状的离中优势（H_m）也随灌水次数的增多而增大。     

两种穗型冬小麦品种旗叶光合特性及氮素调控效应

在大田条件下,对两种穗型冬小麦品种生育后期旗叶光合特性及其氮素调控效应进行了研究。结果表明：大穗型品种豫麦66的旗叶叶绿素含量、PSⅡ潜在活性、PSⅡ光化学的最大效率、荧光光化学猝灭系数以及荧光非光化学猝灭系数等性状均优于多穗型品种豫麦49,且PSⅡ量子效率和光合速率在灌浆中后期具有明显优势,从而有利于豫麦66     

9000 kg/公顷小麦施氮量与生理特性分析

在本试验生产条件下和施氮量范围内, 具有9000 kg/hm2产量潜力的品种鲁麦22与7500 kg/hm2产量潜力的鲁麦14相比较, 鲁麦22品种随着施氮量的增加, 开花后旗叶光合速率高值持续期长, 旗叶磷酸蔗糖合成酶(SPS)活性和籽粒腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(ADPG-Ppase)活性高, 标记旗叶的14C同化物滞留在标记叶中的比例少、向籽粒分配的     

FACE条件下冬小麦生长特征及产量构成的影响

模拟2050年冬小麦生长的CO2浓度下,冬小麦生长和产量的响应,有助于评价未来CO2浓度升高对小麦生产的影响。利用农田开放式大气CO2浓度升高(FACE)试验平台,以强筋冬小麦CA0493为供试材料,CO2浓度处理设定对照CO2(aCO2, 415±16 μmol/mol)和高浓度CO2(eCO2, 550±17 μmol/mol)2个水平;施N处理设常规施氮（NN,底肥含N 118 kg/hm2+追肥含N 70 kg/hm2）和低氮（LN,底肥含N 66 kg/hm2+追肥含N 17 kg/hm2）2个水平,研究高浓度CO2和不同施氮量对冬小麦株高、叶面积、分蘖动态、产量和产量构成要素的影响。结果表明,高CO2浓度显著提高了拔节期小麦株高(5.12%),常规施氮下的增幅高于低氮下的增幅。CO2浓度升高显著增加了开花期的旗叶面积(14.87%)和主茎上部3叶叶面积(10.02%),旗叶叶面积的增加主要由叶长增加(8.97%)决定。CO2浓度升高使常规施氮下的分蘖数量增加。开放式CO2浓度升高使冬小麦产量增加18.3%(P<0.05),低氮和常规施氮下的增幅分别为6.0%、31.4%。高浓度CO2使小麦单位面积穗数和穗粒数分别增加5.3%和14.5%(P<0.05),常规施氮下的增幅均高于低氮下的增幅,不孕小穗数下降11.12%(P<0.05),而对千粒重无显著影响。高浓度CO2使不孕小穗数降低,小花退化减少,从而提高了穗粒数,是产量增加的主要原因。     

不同组合杂种小麦旗叶光合优势特点的研究

为揭示不同亲本组合的化杀型杂种小麦旗叶光合优势形成的生理基础，对杂种小麦1F1和2F1进行了研究，结果表明：1F1和2F1旗叶光合速率在旗叶衰老后期都高于亲本和对照，在全展初期则优势不显著或不具优势；1F1和2F1旗叶的叶源量均高于亲本和对照，但优势来源不同，1F1的优势起因于其叶片光合功能期(叶绿素含量缓降期和光合速率高值持续期)的延长，2F1的优势则由叶片光合功能期延长和光合速率提高共同作用所致。